EUV 공정

 

2019년 일본의 수출 규제 항목 중 하나인 극자외선용 포토 레지스트

(7월 항목 - 포토레지스트(PR) / 불화수소(에칭가스) / 플루오린폴리이미드)

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국내 상황

삼성: D램에 EUV 적용 성공

평택 캠퍼스에 10조원 이상 들여 EUV 기반 파운드리 시설 구축

(현재 파운드리 분야 세계 1위는 대만 TSMC)

 

회로 그리는 과정

감광액 코팅 →노광장비 사용해 자외선으로 감광액 굳힘→감광액의 강한 부분은 남고 약한 부분은 떨어뜨림(식각)

 

노광: 빛으로 웨이퍼에 패턴 새기는 공정. 빛으로 감광액을 태워 회로를 그려낸다.

식각 과정에서 정밀하게 불필요한 부분을 제거한다.

 

현재 EUV 장비 만드는 회사

ASML이 유일. 1대 당 2000억원 정도 한다. EUV 광원을 이용한 노광 장비를 개발 생산

 

현재 EUV 공정으로 제품 생산하는 기업: 삼성, TSMC

 

포토 리소그래피(Photo Lithography)

 

반도체 공정 중 빛으로 회로를 그리는 공정.

사진과 비교를 해보면, 카메라 역할을 하는 게 노광장비다.

포토 마스크 패턴이 있을 때 이걸 노광장비로 찍는다. = 카메라로 피사체 찍음

결과물이 바로 PR에 새겨진 패턴 = 필름 사진

 

포토 마스크 패턴만 바꿔주면 원하는 패턴으로 회로가 그릴 수 있다

= 각 회사가 원하는 포토마스크를 각각 생산이 가능하다(다품종 소량생산)

 

리소그래피에서 가장 중요한 것은 '빛'

이때, 빛의 문제점은 바로 회절이다.

(회절: 빛이 진행 도중에 장애물을 만나면 빛의 일부분이 장애물 뒤까지 돌아 들어가는 현상. 파동의 성질 보여줌)

 

$\sin\theta=\frac{m\lambda}{슬릿 크기}$

 

빛의 회절을 해결하기 위해선 

1. 슬릿의 크기, 포토 마스크 문양 사이의 틈을 크게

→ 반도체는 점점 더 미세한 패턴을 필요로 해서 슬릿 크기가 작아지고 있음. 해결 방법으로 쓸 수 X

2. 빛의 파장을 짧게 해야 한다 

→ ArF 공정보다 EUV 공정이 더 정밀한 기판 만들 수 있는 이유

(ArF 193nm vs EUV 13.5nm)

 

 

EUV 공정(EUV 광원으로 웨이퍼 위에 회로 모양을 찍어내는 노광 공정)

레이저가 나와 판에 빛을 집어 넣음.

레이저는 직진성 때문에 빛의 퍼짐이 없다. (노광작업은 거의 레이저를 사용하고 있음)

레이저는 자외선이 아니므로 레이저를 자외선으로 바꾸기 위해서→레이저를 분산시키는 작업이 필요함

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Xenon 빔을 쏴서 레이저가 합쳐지면 EUV가 됨

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이 빛이 반사판을 통해 마스크로 가서 웨이퍼로 들어옴

 

EUV 광원 DPP, LPP

DPP

특정한 물질 환경 속에서 전극 간에 대전류 펄스를 흘려 플라즈마 만듦

소형, EUV 광량 많음, 저비용

LPP

펄스 레이저 광을 진공 용기 내의 표적 재료 상에 집광→ 표적 재료를 플라즈마화→ 이 플라즈마로부터 복사되는 EUV광 이용

 

EUV 광원 타겟물질 Xe, Sn, Li

Xe가 가장 잘 알려짐

Sn은 Xe에 비해 높은 변환 효율을 얻을 수 있음

문제점

Sn은 금속

1) LPP

고체 상태 타겟에 레이저 조사하면 대량의 비산 입자 발생

이를 피하기 위해 가열해 증기로 공급하면 밀도 낮아져 높은 변환 효율 얻을 수 없음

+ 주변의 저온 부분에선 고체화해 그 부분에 대량으로 부착

2) DPP

고체 그대로를 방전 공간(전극 간 플라즈마 생성하는 공간)으로 재료 공급이 어려움.

 

EUV 공정이 힘든 이유

- 회로 밑바닥에 생기는 마이크로 브릿지

노광 공정을 하기 위헤 웨이퍼 위에 EUV 포토 레지스트를 바름

(포토 레지스트: 회로 모양을 가진 빛과 반응하는 물질)

EUV 광원 파장이 짧아지며 에너지가 증가 → 웨이퍼 표면을 더욱 강하게 때림

→ EUV 포토 레지스트의 반응물질의 원자핵을 튀어나오게 하거나 새로운 원자결합 생성(이물질 생성)

+ 선폭이 얇아지며 깎지 않으려고 한 부분을 서로 연결하는 결함(마이크로 브릿지)

해결방법은 노광 시간을 증가시키면 되지만 노광기 생산성이 저하됨

 

- 회로 폭이 좁아져 회로를 깎아내기 위한 물질을 깊이 넣기 어려워짐

식각(회로 깎아내는 과정) 과정 중 회로를 깊숙이 깎아내려고 폴리머를 표면에 씌움

 

- EUV가 너무 약한 파장이라 일반적인 공기 중에서 물질을 지날 때 흡수되어 버린다. 

→ 장비 내부를 진공으로 만들어야 함 + 렌즈 대신 특수한 거울을 이용해 빛을 반사시켜야 함.(렌즈에 흡수될 수 있으므로)

 

- 높은 전력을 필요로 함. 낮은 전력에선 수율이 낮다.

 

- 마스크 펠리클

진공에서도 불순물에 오염될 수 있는데, 펠리클이 마스크의 오염물질을 막아주고 수명을 늘려준다.

EUV가 펠리클 자체에도 흡수가 되면 안되는데 이러한 펠리클을 만드는 게 어려움

 

 

포토 레지스트 특성

1. 해상도, Resolution

포토 레지스트가 패턴을 왜곡 없이 정확하게 구현해내는 능력

2. 광감응성, Photosensitivity

3. 패턴 거칠기, LER

4. 패턴 안정성